И контактирования двух мономолекулярных слоев (б)




 

С метильными группами монослоя соединяются метильные группы следующего слоя молекул, и в результате образуются слои молекул, строгая ориентация которых нарушается пропорционально увеличению расстояния между металлической поверхностью и молекулами, обычно меньше 0,1 мкм. Естественно, что при такой толщине граничной масляной пленки в ней не могут появиться гидродинамические свойства масел. Граничные слои очень активны и могут образовываться на металлических поверхностях за счет паров масел, находящихся в воздухе.

Граничное трение может существовать самостоятельно (аппараты пневматических систем управления), но главным образом оно входит в полусухое и полужидкстное трения.

Полужидкостное трение является одновременно жидкостным и граничным, т.е. некоторые участки трущейся пары работают в режиме жидкостного трения, а другие – в режиме граничного (рис. 1.11, г) примером такого трения могут служить среднескоростные подшипники скольжения, закрытые зубчатые передачи.

Полусухое трение является одновременно сухим и граничным, т.е. на некоторых участках контактирующих поверхностей протекают процессы сухого, а на других – граничного трения (рис. 1.11, д) в режиме полусухого трения могут работать трущиеся пары тормозов при загрязнении трущихся поверхностей следами масел.

Величина коэффициента трения зависит от вида трения: при сухом (сталь по стали) коэффициент равен 0,18…0,45, при полусухом – 0,05…0,015, полужидкостном – 0,01…0,05 и при жидкостном – 0,001…0,01.

Чем больше коэффициент трения, тем больше (при прочих равных условиях) сила трения, что является одним из главных факторов, определяющих вид и скорость изнашивания контактирующих поверхностей.

Механическое изнашивание (повреждение) поверхностей деталей машин представляет собой сложный процесс, на который влияют комплекс физических, механических и химических факторов, а также характер контактирования трущихся поверхностей. Все эти факторы учитываются молекулярно–механической теорией трения и изнашивания, разработанной отечественной школой ученых (И. В. Крагельский, Б. В. Дерягин, М. М. Хрущов и др.).

Реальные твердые тела (детали машин) всегда имеют определенную шероховатость и волнистость. При контакте двух тел А и Б (рис. 1.16) различают номинальную площадь 1, определяемую геометрическими параметрами трущихся тел (например, длиной и диаметром подшипника скольжения), контурную площадь 2, определяемую волнистостью поверхностей, и площадь фактического контакта 3, определяемую контактом микронеровностей поверхностей.

Рис. 1.16. Схема контактирования двух реальных поверхностей:

Номинальная площадь; 2 – контурная площадь; 3 – площадь

Фактического контакта

Молекулярно–механическая теория трения и изнашивания исходит из того, что процессы изнашивания происходят в местах фактического контакта поверхностей трущихся тел. При действии на контактирующие тела, в процессе их относительного перемещения, нормальных и тангенциальных сил в контактирующем слое возникают упругопластические деформации, происходит взаимное внедрение элементов и молекулярное взаимодействие слоев. Многократные упругие деформации микрообъемов металла вызывают усталостные разрушения поверхностного слоя.

В результате действия сил трения и нормальных сил, вызывающих упругопластические деформации металла в местах фактического контакта, повышается его температура, что может привести к свариванию (образованию «мостиков сварки») трущихся тел и к изменению структуры металла. При плотном контакте металлов и отсутствии между ними пленки окислов для поверхностно–активных веществ масла возникает молекулярное взаимодействие (адгезия) тел, которое приводит к вырыванию некоторых объемов металла у одного из трущихся тел.

Под воздействием кислорода воздуха на трущихся поверхностях образуются окисные пленки, экранирующие металлические поверхности, препятствующие появлению молекулярных связей между ними. Одновременно происходит окисление деформированных микрообъемов металла, в результате чего ускоряются процессы их разрушения, т. е. механическое изнашивание трущихся поверхностей.

Таким образом, при относительном перемещении трущихся тел возникает сложный процесс изменения физико–механических и химических свойств металла в поверхностно–активном слое, вызываемый многократными упругопластическими деформациями, воздействием температуры, окислительными процессами и молекулярным воздействием. Эти изменения и вызывают, в конечном счете, изнашивание поверхностей.

Взаимодействие поверхностей двух трущихся тел И.В. Крагельским представлено в виде нарушений фрикционных связей в местах контактирования, вызывающих разрушение этих поверхностей (рис. 1.17). Виды фрикционных связей зависят от относительной глубины внедрения неровностей h/R, где h – глубина внедрения, R – радиус внедряющейся поверхности (индентора). При I виде нарушения фрикционных связей происходит упругое оттеснение (деформирование) металла одной поверхности более твердыми выступами или более твердыми зернами второй поверхности. При многократном упругом передеформировании металла происходит его выкрашивание.

Рис. 1.17. Основные виды нарушения фрикционных связей

(по И.В. Крагельскому)

При II виде нарушения фрикционных связей происходит пластическое оттеснение металла, однако он обтекает твердое зерно и не отделяется от основного металла тела. Износ (охрупчивание и разрушение) поверхностей в результате усталостных явлений при этом виде нарушения связей наступает при меньшем числе циклов нагружений.

III вид нарушения фрикционных связей возникает в тех случаях, когда деформации или контактные напряжения превышают предел прочности материала более твердыми зернами.

IV вид нарушения фрикционных связей происходит при разрушении пленок, покрывающих контактирующие поверхности. Этот вид фрикционной связи влияет на величину напряжений деформации металла в местах контакта.

V вид нарушения фрикционных связей возникает в тех случаях, когда прочность фрикционной (в данном случае – молекулярной) связи выше прочности нижележащих слоев металла, в результате чего при относительном перемещении поверхностей происходит глубинное вырывание (схватывание) металлов трущихся поверхностей.

Анализ схем нарушения фрикционных связей показывает, что первые три вида наблюдаются при механическом взаимодействии поверхностей, а последние два – при молекулярном.

Рис. 1.18. Классификация видов изнашивания при сухом и граничном трениях (по И.В. Крагельскому)

Рассмотренные механические и молекулярные взаимодействия трущихся поверхностей происходят при сухом и граничном трении. И. В. Крагельский приводит классификацию видов разрушения поверхностных слоев при механическом и молекулярном взаимодействии (рис. 1.18). Сила трения трущихся тел определяется двучленным законом трения и изнашивания:

F = Nf + Sфρоf = f (N + Sфρо),

где F – сила трения;

N – сила нормального давления на трущиеся поверхности;

SФ – площадь фактического контакта;

ρ0 – удельное давление в месте (пятне) фактического контакта;

f – коэффициент трения.

Первый член формулы определяет механическое, а второй – молекулярное взаимодействие трущихся тел.

Формула является математическим выражением молекулярно–механической теории трения и изнашивания.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: